1、采用裝配式建筑工法建設地下綜合管廊的優點北京市市政專業設計院曹生龍論文摘要：國內地下市政管線常用現澆法施工，缺點較多。近年大型預制混凝土涵管發展很快，采用現場裝配施工。在上海世博會地下綜合管廊等工程中應用，具有質量好、工期短、成本低、環保綠色等優點，既可用于開槽法施工，也可用于頂管法施工，對城市地下綜合管廊的建設有較大的意義。預制混凝土涵管，除了傳統的圓形及矩形外，已開發出各種異形混凝土涵管，有“三圓拱涵、四圓拱涵、圓弧涵、橢圓涵”等各種形式的涵管，可以滿足各種管線、各種工況條件的不同要求。關鍵詞：地下綜合管廊；裝配式建筑工法與現澆工法對比；大型預混凝土涵管類型2013年以來國務院、國務院辦公

2、廳、發改委、住建部等國家機關發了多個文件，針對長期存在的城市地下基礎設施落后的突出問題，從我國國情出發，借鑒國際先進經驗，在城市建造用于集中敷設電力、通信、廣電、給排水、熱力、燃氣等市政管線的地下綜合管廊，作為國家重點支持的民生工程。這是創新城市基礎設施建設的重要舉措，不僅可以逐步消除“馬路拉鏈”、“空中蜘蛛網”等問題，用好地下空間資源，提高城市綜合承載能力，滿足民生之需，而且可以帶動有效投資、增加公共產品供給，提升新型城鎮化發展質量，打造經濟發展新動力。李克強總理在十二屆四次人代會工作報告中提出：要加強城市規劃建設管理。開工建設城市地下綜合管廊2000公里以上。積極推廣綠色建筑和建材，大力發

3、展鋼結構和裝配式建筑，提高建筑工程標準和質量。打造智慧城市，改善人居環境，使人民群眾生活得更安心、更省心、更舒心。“十三五規劃”期間國家百項重點工程中三項為：建設一批新型示范性智慧城市，一批示范性綠色城市、生態園林城市、森林城市。建設海綿城市。建設地下管廊（網）。李克強總理在十二屆四次人代會的工作報告、“十三五規劃”等對我國市政、電力、水務的規劃、設計、制造、施工等諸多部門提出了從未有過的高度要求。我們應響應國務院所作的決定，做好我們的工作,為加強城市基礎設施建設作出應有貢獻。裝配式建筑工法建設地下綜合管廊的優點1.1裝配式建筑工法與現澆工法的比當前地下管線、綜合管廊施工方法主要是現澆和預制裝

4、配兩種，兩種工法的差異比較如下：國內采用現場澆筑方法施工的箱形、拱形混凝土涵管，在鐵道、交通、水利工程和城市地下市政綜合管廊中己多年、得到較多應用，現澆混凝土的缺點是：只能采用開槽法施工，不能適應頂管需求。施工作業時間長、現場濕作業工作量大、需較長的混凝土養護增強時間，開槽后較長時間不能回填，在城市中不利于道路建設縮短施工工期、滿足快速放行交通的要求。在現場制作中，地下水對施工有較大影響，需將地下水降至底板標高以下，才能澆筑混凝土基礎，增加施工成本，也不利于生態環境的保護。（4）現場制作的混凝土抗滲性能不如工廠內制作的混凝土，容易局部發生滲漏，影響管道的使用功能。現澆混凝土涵管易出現裂縫（涵體

5、側壁通裂等）。裂縫會引起滲漏，影響結構應力狀態；如結構物所處環境具有侵蝕性介質，介質通過裂隙浸入結構，引起鋼筋的銹蝕，影響構筑物承載能力和耐久性，縮短地下管道和綜合管廊的使用年限。（6）現場制作的混凝土涵管按一定長度（約20項分段，分段間采用橡膠止水帶連接，其缺點有：橡膠止水帶形式接口抗地基不均勻沉降能力差。涵管在頂部復土及附加荷載作用下，引起涵管接口發生上下錯位和翹曲變形，造成涵管接口止水帶變形，在涵管接口混凝土與橡膠止水帶之間產生裂隙，嚴重時止水帶被拉裂。橡膠止水帶耐壓力差，如輸送液體介質，只能在低壓狀態下工作，一般只用于無壓管道，有壓管道中易被擊穿。混凝土涵管止水帶接口施工質量不易保證，

6、往往由于止水帶部位混凝土搗固不密實而留下暗滲漏通道，引起涵管接口滲漏。現場制作的管道分段間隔長度大，地基如有不均勻沉降、或受外荷載（如地震）作用，易發行折斷，因此要求提高管道縱向基礎承載力，涵管縱向配筋量也需加大。現場制作生產條件差（圖片1、圖片2）,影響質量，結構計算中要加大安全度，增加材料用量。圖片1現澆施工圖片2預制裝配施工現澆施工需留支模空間，土方量增大。（10）現澆工法總體造價與預制裝配式施工工法大致相當。1.2有關裝配式建筑工法與現澆工法比較的國內報導上海世博會地下綜合管廊現澆工法與裝配式建筑工法實例的工期與經濟分析上海世博會地下綜合管廊選用兩種施工工法一一現澆和預制混凝土箱涵現場

7、裝配工法施工，工程中詳細比較了不同工法的施工工期和工程費用，列舉如下。整體式現澆段總長6.2km,預制裝配式混凝土綜合管廊作為試點選取了總長200m,施工工期與施工費用以一個標準段25m長度作為標準施工段工期與成本的分析，研究預制裝配式混凝土綜合管廊的經濟性。工期分析預制裝配式混凝土綜合管廊可以分為場（現場）內、場外施工兩部分，現澆混凝土整體式綜合管廊的所有施工作業均為場內施工。兩者場內相同施工部分為基坑開挖與支護體系成型（包括素混凝土墊層施工）地下綜合管廊主體結構施工以及回填土方與支護體系拆除等主要環節。在基坑開挖與支護體系成型以及回填土方與支護體系拆除環節中，預制裝配式混凝土綜合管廊與現澆

8、混凝土整體式綜合管廊的施工工藝和技術要求基本相同，沒有明顯的工期差別。而在地下綜合管廊主體結構的施工環節中，兩者的施工工藝截然不同，工期差別明顯。預制裝配式混凝土綜合管廊的主體結構施工大部分在場外完成，管節的吊裝、拼裝等工序施工效率高，所需工期較短。而現澆混凝土整體式綜合管廊的主體結構施工則全部在場內完成，占用了大量現場工期，是總工期的重要組成部分。施工中一個標準段對比，預制裝配式混凝土綜合管廊的施工工期比現澆混凝土整體式綜合管廊縮短18d左右，縮短近45%X期。施工成本分析基坑開挖與支護成本，其中土方費用為一次性費用，不隨工期長短發生變化，而鋼板樁及其圍楝與內支撐的租賃費用一般按租期計算，受

9、施工工期影響較大，且單價相對較貴。一個標準段相比，預制混凝土綜合管施工工期約為22d,現澆混凝土整體式綜合管廊約為40d,預制裝配式混凝土綜合管廊的開挖土方與支護費用為4.5萬元，現澆混凝土整體式綜合管廊為7.0萬元，降低2.5萬元。主體結構成本一個標準段，預制裝配式混凝土綜合管廊為25萬元，現澆混凝土整體式綜合管廊為23.9萬元，增加了1.1萬元。土建總成本預制裝配式?！凝土綜合管廓為29.5萬元，現澆混凝土整體式綜合管廊為30.9萬元，相比節約1.4萬元/25m,低4%E右。環保對比預制裝配式混凝土綜合管廊在現場為干作業，施工機械作業噪聲低、基本不造成環境污染，施工現場文明、有序而整潔，具

10、有良好的節能環保效益。現澆混凝土整體式綜合管廊現場包括大量濕作業，混凝土澆筑與振搗工序噪聲污染嚴重，對周圍環境影響較大。預制裝配式混凝土綜合管廊施工工期縮短的社會效益更是不可估量。從上述對比，地下綜合管廊施工工法現澆與預制裝配相比，預制混凝土涵管裝配化施工更具縮短工期、降低成本、節能環保等較為顯著的優勢。上海浦江上游一期引水工程等工程上海浦江上游一期引水工程建于1987年。上海水環境建設有限公司韓顯明工程師于2001年8月25日發表于中國市政工程的“鋼筋混凝土箱涵接口的滲漏通病及設計優化的應用研究”文章中報導：1995年1月上海原水公司對白蓮涇附近100余米倒虹吸段箱涵作停水檢查，發現三分之二

11、以上箱涵接頭有2.5-5cm的接口錯位，并有三處（75%漏水；在一期為二期工程預建的長約1km箱涵的檢查中，箱涵還未投入使用，已在40條變形縫中發現8條漏水（20%。在國內其他輸水鋼筋混凝土箱涵中亦存在上述問題。天津引灤工程長約12.6km,曾對4.4km一段箱涵進行停水檢修，在185條變形縫中滲漏水的有90條，約占48.6%。金山石化12.8km暗渠于1980年建成并投入使用，1986-1989年先后檢修8次，1992年停水檢查，發現各種滲漏47處。南水北調某河流倒虹吸箱涵工程南水北調工程為國家級工程，設計使用年限100年。某河流倒虹吸設計為雙排三孔箱涵（見圖片3）,內孔寬與高均為3.6m,

12、頂板、底板厚1000mm外側墻厚800mm內側墻厚600mm2014年夏為迎接秋季全線通水，停水檢查，發現在0.2Mpa低壓作用下，通水5年即有三處止水帶被擊穿，橡膠止水帶接口的使用年限遠不能達到南水北調使用年限一百年的指標。圖片3南水北調某河流倒虹吸箱涵部分有關箱涵施工質量事故的報導上述某河流倒虹吸箱涵施工初期，每隔3m-7m出現貫穿性裂縫，外側壁豎向由下至上長3m左右的通裂，縫寬0.5mm-0.9mm,起始于底板與側墻接縫處，終止于側墻與頂板相交處。施工質量缺陷報導的有關工程實例：遼寧省交通勘測設計院朱朝東發表于東北公路“箱涵開裂及補強措施”；中鐵十七局孫江民等發表于施工技術“鋼筋混凝土框

13、架箱涵施工裂縫的分析與控制”廣東茂名城建設計院李勇等發表于建筑安全“淺談箱涵裂縫問題及控制”；中鐵二十二局曲世安發表于建筑工程“談混凝土箱涵施工裂縫原因的分析”；徐培利發表于山西建筑“壓力箱涵的裂縫控制及防滲措施”。這樣的文章很多，不一一列舉。據業內人士反映，現澆混凝土箱涵80%-90%TB存在質量缺陷、運行隱患。箱涵管道工程投資很大，如果使用幾年后就需不斷維修，應該是難以接受的。1.3采用裝配式建筑工法建設綜合管廊的優點預制裝配化施工綜合管廊，既可采用開槽施工，也可采用頂管施工，在城市中施工地下管道極其重要。管道主體結構在專業工廠內完成，產品質量有保證。在有水的條件下也能施工（圖片4）,不需

14、降水。圖片4正在水中施工的箱涵（4）管道主體結構在施工場地外完成，現場裝配速度快，一般工程可不作混凝土底板基礎，前面安裝涵管，后面即可還土、恢復交通，因而可實施城市系列快速施工工法。接口采用預應力混凝土輸水管的接口形式，接口能滿足2Mpa水壓要求，閉水性能好。（6）帶膠圈的接口是柔性接口，如地基發生一定量的不均勻沉降，接口仍具備閉水性能。是管道抗震作用最佳的結構形式。上述對比可知，地下混凝土管道施工工法現澆與預制裝配相比，預制混凝土涵管裝配化（裝配式建筑工法）施工具有保證質量、縮短工期、降低成本、節能環保等較為顯著的優勢，應作為建設地下綜合管廊的首選施工工法。2用于地下綜合管廊裝配式建筑工法施

15、工的混凝土涵管類型2.1 預制裝配化混凝土涵管類型國外用于地下綜合管廊的管型如圖片5所示多種多樣，他們多是按管道的功能選定涵管的斷面形狀，而且常以預制構件在現場裝配的方法施工。用于地下綜合管廊的預制混凝土涵管的管型對建設綜合管廊的工期、建設費用等有重大的影響，應設計、選用適宜用于綜合管廊的預制混凝土涵管。國內用于大型地下管道的預制混凝土涵管斷面形式如圖片6圖片10所示有多種型式，分別為圓形（圓管或管片）、矩形（箱涵）、三圓拱形（三圓拱涵）、四圓拱形（四圓拱涵）、弧線組合形（弧涵）、橢圓形（橢涵）等。可以按要求分割為單倉、雙倉或三倉。圖片5國外用于地下綜合管廊的斷面形狀(a)(b)圖片6圓形斷面

16、地下綜合管廊(a)一圓管；(b)一盾構巾1圖片7矩形斷面地下綜合管廊圖片8三圓拱斷面地下綜合管廊BXH=(1,+Z&)X3l2D(K0+«D-MC2+S+0)圖片9多弧組合斷面地下綜合管廊圖片10四圓拱斷面地下綜合管廊2.2 地下綜合管廊用預制混凝土涵管管型比選斷面形狀比選圓形涵管圓形混凝土涵管制造工藝成熟，生產方便，結構受力有利，材料使用量較少，成本較為低廉，因而廣泛用于輸水管中。然而在地下綜合管廊中應用的缺點是，圓形斷面中布置管道不盡方便，不能有效利用空間，空間利用率低，至使在管廊內布置相同數量管線時圓管的直徑需加大，增加工程成本，也增加了對地下空間斷面的占用。為此一些大

17、城市開始開發異形混凝土涵管作為電力、熱力等管線的套管和地下綜合管廊的管材。矩形涵管矩形混凝土涵管（稱為箱涵或方涵）因其形狀簡單，空間大，可以按地下空間要求改變寬和高的尺寸,布置管線面積利用充分，因而至今是用得最多的一種管型。缺點是結構受力不利，相同內部空間的涵管，用鋼量和混凝土材料用量較多，成本加大。異形（三圓拱涵、四圓拱涵、多弧拱涵等）涵管異形混凝土涵管即是為抑制圓形和矩形混凝土涵管的缺點、綜合其優點而研制開發適用于地下綜合管廊的新型混凝土涵管。這三類涵管的特點，頂部都是近似于圓弧的拱形，結構受力合理，地下綜合管廊大多寬度要求大，這三類涵管可以通過合理選用斷面形狀提高涵管承載力，因而使用這類

18、異形混凝土涵管節省較多材料；可以按照地下空間使用規劃，調整異形涵管的寬和高，合理占用地下空間；可按照進入管廊的管線要求設計成理想的斷面形狀，優化布置，減小斷面尺寸；異形混凝土涵管接頭全部使用橡膠圈柔性接口，能承受1.02.0MPa以上的抗滲要求，在地基發生不均勻沉降、頂進法施工中發生轉角或受外荷載（地震等）作用管道發生位移或轉角時，仍能保持良好的閉水性能，抗地震功能極強；也可類似圓管那樣，利用其接口在一定轉角范圍內具有良好的抗滲性，設計敷設為弧線形管道（圖11）;這三類涵管外形均可設計成弧線形，因而頂進法施工中降低對地層土壤穩定自立性要求，克服了矩形涵管的缺點、也可使用于頂進法施工工程中。圖1

19、1利用箱涵柔性接口的允許轉角，弧線頂進中管道的內景預制異形混凝土涵管都帶有平底形管座，相當于在管上預制有混凝土基礎，與圓管相比，可降低對地基承載力的要求及提高涵管承載能力；管道回填土層夯實易操作、加快施工速度、保證密實效果，簡化施工、減少費用。在不良地基軟弱土層中應用，更顯其優越性。一般進入綜合管廊的高壓電力電纜要求單獨置倉，避免對通信等設施的干擾，也為保障安全。因而隨著綜合管廊建設發展，單倉的形式將為雙倉及三倉所取代。圓形涵管如需改為雙倉，傳統的生產工藝不能用于制造雙倉的圓管，如采用立式振動等工藝生產，那么不應再采用圓形斷面，可設計為優點更多的異形涵管。生產雙倉、三倉異形混凝土涵管工藝上并無

20、難度，分割成多倉后，功能上更能滿足進入管廊管線要求，而結構上內力減小，材料用量更少，成本可下降。從上述比選，三圓拱涵、四圓拱涵、多弧拱涵等異形混凝土涵管較圓形和矩形斷面涵管在地下綜合管廊中應用有更大的優勢，在地下綜合管廊建設中可更多選用異形混凝土涵管。接口形式混凝土涵管的連接方式是形成管道質量的重要因素。混凝土涵管的連接方式應保證：在管道全壽命過程中接口密封的可靠性；混凝土涵管的連接方式應能適應施工工藝的要求，可用于開槽施工工法，也能用于不開槽頂進工法施工；混凝土涵管的連接應便于生產制造；混凝土涵管的連接方式形式簡單、成本低廉。混凝土涵管連接形式主要有兩種：構件間帶有縱向鎖緊裝置（縱向串接接口

21、）的連接。構件間無約束鎖緊裝置的連接。構件間無約束鎖緊裝置的連接又分為剛性接口和柔性接口。帶有縱向鎖緊裝置的連接一一縱向串接方式（涵管端面壓縮膠圈密封）帶有縱向鎖緊裝置的連接把每節管子連接成整體，所用的方法即是在涵管中預留穿筋孔道，管節安裝時穿入高強鋼筋螺桿或鋼絞線，經張拉鎖緊，管節就被串聯成有一定剛度的整體管道，用以抗御基礎不均勻沉降。圖片12密封膠圈與穿筋孔圖片13端面壓縮膠圈密封形式因各節涵管縱向具有壓力，故此類管道常用管子端面壓縮膠圈作接口密封形式圖片12圖片14。接口密封材料需用遇水膨脹膠圈o圖片14混凝土箱涵縱向預應力鋼筋張拉連接方法15所2色-aAB£的由廿上：（15O

22、mUJu圖片15多個箱涵縱向連接示意圖縱向串接可以在兩個管節之間連接，也可在施工條件允許下，在多個管節間實施連接（如圖片示），以減少操作工序，加快施工工程進度。（弧號外數字，構件長度為1.5m；弧號內數字構件長度為2m弧形管道施工方式如圖片16所示，按轉彎半徑制作有一定角度異形箱涵。高強螺栓連摟圖片16箱涵弧線鋪設時的連接帶有縱向鎖緊裝置的連接一一縱向串接方式，使涵管連接成為一個整體的管道，當管道基礎發生沉降時，縱向串接筋施加的預應力作用在整個箱涵斷面上，可以以此平衡基礎沉降應力。構件間無約束鎖緊裝置的連接管節間不帶縱向鎖緊裝置，依賴承口與插口工作面斜面的間隙壓縮膠圈密封涵管的接口，因而稱之為

23、“工作面壓縮膠圈密封”形式。構件間無約束鎖緊裝置的連接管節，又分為剛性接口和柔性接口方式。接口形式主要有以下幾種：a.小企口接口，用砂漿或彈性材料密封（見圖片17）;b.大企口膠圈密封接口，其分為帶膠圈槽的接口和無膠圈槽接口、單膠圈密封和雙膠圈密封接接口；c.鋼承口接口，與大企口密封接口相同可分為帶膠圈槽的接口和無膠圈槽接口、單膠圈密封和雙膠圈密封接接口（見圖片18）。圖片17涵管常用接口形式示意圖（a）一小企口接口的插口；（b）一小企口接口的承口；（c）一小企口接口連接形式圖片18混凝土涵管典型接口型式（a）一單膠圈柔性接口;（b）一帶膠圈槽雙膠圈柔性接口；（c）一鋼承口插口帶鋼箍單膠圈柔性

24、接口（d）鋼承口插口帶鋼箍雙膠圈柔性接口；（e）一鋼承口雙膠圈柔性接；一T形鋼承口雙插口膠圈柔性接口構件間有約束鎖緊裝置與工作面壓縮膠圈密封組合連接應用在綜合管廊中的箱涵，管道中安裝有上水、中水與供熱管線，此類管線大都以鋼材制作，大型綜合管廊為避免在此類管線中引起縱向應力，要求限止箱涵管道的沉降變形。故而我們設計了工作面壓縮膠圈密封方式與縱向串接方式相接合的接口一一構件間有約束鎖緊裝置與工作面壓縮膠圈密封組合連接。圖片19構件間有約束鎖緊裝置與工作面壓縮膠圈密封組合接口承口形式此種接口即能分別用作工作面壓縮膠圈密封接口、縱向串接端面壓縮膠圈密封接口，又能形成工作面壓縮膠圈密封方式與縱向串接相接

25、合的接口，是我國獨創的用于混凝土涵管的新型接口。2.2預制混凝土涵管大型地下管道工程實例沈陽市渾南新城地下綜合管廊是為2013年全運會服務的重點工程，一期工程建設總長約20千米，主要納入220千伏、66千伏電纜及通信電纜。工程施工工期短，質量要求標準高。原設計全部為現澆施工，主線需要穿越沈營路路口、沈中大街路口等多個交通量大人員密集的道路平交路口，采用現澆法施工每個路口至少需要20天的施工時間，而采用預制方涵拼裝的施工方法則只用5天就完成了過路段，大大縮短了施工工期，對道路交通造成的影響（交通堵塞、安全通行）也大大減少，因此而產生的無形綜合效益是無法用經濟數據進行衡量的。圖片20沈陽渾南新城綜

26、合管廊上海世博會地下綜合管廊2010年世博會在上海召開，整個園區地下公用管線以綜合管溝的形式為主，設計使用設計年限不低于50年，混凝土抗滲等級S6。全長約6.2km,其中，西環路的綜合管溝標準段管節為工廠預制，每節長2m,現場拼裝。廈門市翔安南路地下綜合管廊廈門市2012年5月28日翔安南路地下綜合管廊工程開工興建，全長約10km,總投資5.15億元。工程設計大膽創新，突破矩形斷面和圓形斷面瓶頸，管節首次采用圓弧組合斷面，斷面凈尺寸分別為BXH=4X3.2m、BXH=4.7X3.2m、BXH=6.0X4.2m、BXH=6.7X4.2m四種規格，管節接口采用雙O型橡膠圈企口型柔性接口連接，密封性